基于水平集带方法的柔顺机构拓扑优化研究

水平集方法在拓扑优化问题中采用隐式函数的零水平集描述结构边界,由于可以方便的表达结构拓扑变化并使结构边界保持清晰和光滑的特性,水平集方法很快成为拓扑优化领域的重要方法之一。但是由于水平集方法在优化过程中存在拓扑变化的不连续性,容易出现数值不稳定、初始设计依赖性等问题。近年来水平集带方法的提出可以有效改善这一现象,成为提升水平集方法拓扑表达能力的重要手段。本文将水平集带引入到参数化水平集拓扑优化方法中,并对其在柔顺机构优化设计问题中的应用开展研究。水平集带方法在水平集函数的零水平集附近引入水平集带区域,采用水平集函数插值可以得到带宽范围内[0,1]区间连续分布的材料密度,并在优化过程中通过逐渐减小水平集带的宽度使带宽范围内的材料密度逐渐收敛至0-1分布。该方法结合了变密度法的优势,使优化过程中材料密度变化保持连续,可以提升参数化水平集方法的稳定性,得到更优的目标函数值,并有效改善水平集方法的初始设计依赖性问题。本文通过多个柔顺机构的拓扑优化算例从不同初始设计、不规则设计域及几何非线性等多方面分析和验证了该方法的有效性,计算结果表明该方法对面向实际工程的复杂设计问题具有较好的适用性。

基于自适应源项离散的点核积分方法计算效率优化研究

点核积分方法面对多源项的复杂场景或是需要对辐射场进行动态更新的情形存在计算耗时较长的问题。针对该问题,通过点核积分程序CIRPDose对圆柱体源、长方体源等5类源项离散引起的误差随计算点与源距离的变化规律进行模拟计算,并提出了一种基于自适应源项离散的点核积分计算效率优化方法。在将该方法集成到CIRPDose程序后,通过自定义算例对其进行测试,测试结果显示,相比传统的固定离散数目,各类型源项在自适应离散方法下的辐射场计算用时最大缩短96.77%,且计算结果平均偏差最大值仅为3.19%,验证了所提方法的可靠性和有效性。研究工作可为核设施内的三维γ辐射场快速计算提供技术支持。

兼顾传输功率和衰减因素的同轴线半径比优化方法

针对传统的通用型同轴线产品设计、制造基础理论缺陷和目前微波采油现场利用地下石油管构建超长、功率容量大及能量损耗小的井筒同轴线工程需求,进行通用型同轴线结构优化理论和设计方法研究;突破经典的单因素优化方法约束,基于同轴线上传输功率、能量损耗与衰减系数三者之间固有的物理关系,构造兼顾最大传输功率和最小衰减系数双重因素影响的目标函数数学模型;提出同轴线半径比优化设计方法。结果表明:通用型同轴线的外、内导体半径比最优值为2.11,特性阻抗标称值为45Ω;同轴线传输特性对其导体半径比的变化很敏感,应用经典的单因素优化结果不能满足使用要求,只有兼顾最大传输功率和最小衰减系数双重因素影响才能使通用型同轴线具有通用性功能,本文的理论结果与同轴线单模传输公式相结合,构成了完整的通用型同轴线结构优化设计理论体系。

柑橘倍性检测方法的优化研究

为了提高柑橘倍性检测效率以及降低倍性检测费用,进行了试剂用量、预处理方法以及检测液补水对柑橘倍性检测效果的试验。结果表明:25μL预混液处理后加入灭菌去离子水能正确检测出柑橘倍性;补水至混合液总体积在1000~1400μL范围内出峰效果较好,过多或过少均不利于检测出峰;同时将细胞核提取缓冲液和染色缓冲液按比例制成预混液,并采用解剖针粗头碾压的方式进行样品处理,试验效率比常规处理方法提高近2倍。综上,得到的优化方法能够大大降低柑橘倍性检测费用,实用方便,操作简单,在提高倍性检测效率的同时亦能提高试验操作的安全性,对柑橘品种改良以及倍性品种选育工作具有十分重要的意义。

《最优化方法》课程融合式教学改革研究

“最优化方法”是信息与计算科学专业必修的一门课程。为了提高课程的教学效果和学习效果,首先聚焦该课程教学过程的现状与挑战;然后,依据信息与计算科学专业学生具有扎实的数学基础和计算机理论基础、一定的数学建模以及计算机编程能力的特点,提出“以学生为主、师生协同合作”的融合式教学改革的思路;从教学内容、教学模式、考核方式三方面开展教学改革,并对教学改革的过程和结果进行反思。继续改进课程教学,以提升学生的学习效果,达到课程的教学效果,实现课程的教学目标。

基于深度强化学习的综合航电系统安全性优化方法

为解决传统基于人工检查的安全性设计方法难以应对航电系统大规模集成带来的可选驻留方案爆炸问题,构建航电系统分区模型、任务模型以及安全关键等级量化模型,将考虑安全性的综合化设计优化问题模型化为马尔可夫决策过程(MDP)问题,并提出一种基于Actor-Critic框架的柔性动作-评价(SAC)算法的优化方法;为得到SAC算法的参数选择和训练结果之间的相关性,针对算法参数灵敏度开展研究;同时,为验证基于SAC算法的优化方法在优化考虑安全性的综合化设计方面的优越性,以深度确定性策略梯度(DDPG)算法和传统分配算法为对象,开展优化对比试验。结果表明:在最佳的参数组合下,使用的SAC算法收敛后的最大奖励相较于其他参数组合提升近8%,同时,收敛时间缩短近16.6%;相较于DDPG算法和传统分配算法,基于SAC算法的优化方法在相同的参数设置下获得的最大奖励、约束累计违背率、分区均衡风险效果、分区资源利用以及求解时间方面最大提升分别为62%、7464%、8370%、2123%和775%。

工科类研究生专业课程的课程思政教学探索与实践——以“最优化理论与方法”课程为例

首先阐述了工科类研究生专业课程开展课程思政的必要性,分析了工科类研究生课程思政建设存在的问题,然后结合课程的教学现状,从提高教师的课程思政意识、思政元素的挖掘与切入点的研究、课程思政建设机制与教学资料的改革、含有课程思政的科学评价体系等方面重点研究了工科类研究生课程思政的实施方法。经过教学实践验证,该课程思政的实施与评价方法具有较好的教学效果,为研究生的其他专业课程的课程思政改革提供了借鉴。

面齿轮展成磨削表面残余应力优化方法

面齿轮展成磨削表面残余应力优化是一个复杂的非线性问题,传统的优化算法无法实现高效率和高精度的求解。因此,文章提出了以齿面磨削实验数据为驱动的面齿轮表面残余应力智能优化方法。通过设计系列实验获取齿面残余应力数据集,建立以基础数据为驱动的响应曲面模型,实现了以齿面残余应力和磨削效率为优化目标的智能粒子群多目标优化,解决了面齿轮表面残余应力的优化问题。实验表明该方法的相对误差介于0.89%~1.61%,证明了面齿轮展成磨削表面残余应力优化方法的有效性。分析发现:齿面残余压应力与磨削深度和工件速度呈正相关,与砂轮速度和砂轮分度角呈负相关。从敏感性角度分析,齿面残余应力对磨削深度的敏感性最大,其次是砂轮分度角,而齿面残余应力对砂轮速度和工件速度的敏感性相对较小。

流域初始水权分配的主从递阶双层优化方法

依托“流域-地区-行业”层次的初始水权分配模式,“流域-地区”层次影响制约“地区-行业”层次的初始水权分配,“流域-地区”和“地区-行业”层次的初始水权分配共同影响流域综合效益。现有研究主要聚焦“流域-地区”或“地区-行业”层次的初始水权分配,但将两个层次集成进行初始水权分配仍有待深化研究。为此,构建主从递阶双层优化方法,开展流域初始水权分配研究。具体可表述为:①针对“流域-地区”层次,建立流域综合效益优化函数与约束条件。构造适应性诊断准则和空间均衡性诊断准则,嵌入流域综合效益优化函数中,提高地区之间初始水权分配与经济社会发展的适应性、流域分水的空间均衡性。②针对“地区-行业”层次,建立地区综合效益优化的非线性目标规划模型,保障行业发展用水需求。并构造匹配性诊断准则嵌入非线性目标规划模型中,提高地区不同行业初始水权分配与行业发展的匹配性。③集成“流域-地区”和“地区-行业”层次,应用主从递阶双层优化方法,开展黄河流域初始水权分配实践探索。研究得出:通过黄河流域初始水权分配方案设计,得到黄河流域涉及省区水权分配比例与其经济社会发展综合指标加权值比例的比值,其中,内蒙古-陕西、陕西-宁夏、宁夏-山西、山西-河南、河南-甘肃、甘肃-青海、青海-山东分别为0.84、1.45、0.84、1.08、1.19、1.77、1.02,满足适应性诊断准则。黄河流域初始水权分配的基尼系数为0.10,属于“空间均衡度很高”,满足空间均衡性诊断准则。黄河流域涉及省区不同行业的水权配置与行业发展的匹配度均超过0.90,属于“高度匹配”。同时,黄河流域经济、社会、生态效益优化函数对应的满意度分别达到0.946、0.943、1.000,黄河流域涉及省区的经济、社会、生态效益优化函数对应的满意度均超过0.90。结果表明,该方法能够有效破解流域初始水权分配难题。为保障流域初始水权分配方案的有效落实,必须强化水资源刚性约束和双控行动,提升流域水利科技创新能力,推进流域产业用水结构合理化与产业结构高级化。

以贺信精神为指引的最优化方法课程思政改革与实践

最优化方法是哈尔滨工业大学研究生公共基础课。课程以夯实理工科研究生数学基础为目标,着重提高学生运用优化方法解决实际问题的能力,培育和训练学生的综合素质和技能,为培养复合型创新人才奠定坚实的基础。教学过程中以习近平总书记致信祝贺哈尔滨工业大学建校100周年贺信精神为指引,立足国情、校情,以课程为载体积极推进思政育人体系建设,将贺信精神、学科发展史、爱国事迹和科学意义等思政元素与教学内容有机结合,实现核心价值引领、多维知识传授、综合素质养成“三位一体”的思政育人目标。

兽用硫酸阿托品注射液含量测定方法的优化

建立了反相高效液相色谱法测定兽用硫酸阿托品注射液含量的优化方法。采用C18色谱柱,流动相为0.05 mol/L磷酸二氢钾溶液(含0.0025 mol/L庚烷磺酸钠)-乙腈(82∶18)(用磷酸或氢氧化钠试液调节pH至5.0),流速为1.0 mL/min,进样量为20μL,测定波长为225 nm,柱温30℃。采用外标法定量计算含量。硫酸阿托品注射液在40~1000μg/mL浓度范围内峰面积与浓度呈现出良好的线性关系(R=0.9998),平均回收率为99.6%,RSD为0.6%。该方法有良好的稳定性、精密度,操作简便、快速、重现性好,能够用于测定兽用硫酸阿托品注射液的含量,对该注射剂的质量控制起到重要作用。

新工科背景下优化理论与方法课程教学改革

针对当前“优化理论与方法”课程教学不适应新工科人才培养要求的状况,分析该课程目前的教学现状与存在的问题,提出以问题为导向重构教学内容、基于知识特点活用教学方法、注重多元融合优化考核方式等教学改革思路,助力提升以实现知识、能力和素质的综合培养为目标的新工科人才的培养质量。

盐酸艾司洛尔残留溶剂测定方法优化

目的:优化盐酸艾司洛尔残留溶剂检测方法,以便于内部质量控制。方法:使用气相色谱顶空进样方式,选择合适的顶空平衡温度和时间,降低样品对仪器的污染,优化溶剂比例,降低基质效应,调整了载气流速和分流比,采用极性毛细管柱程序升温的方法,延长了高温段保持时间等,并进行方法学验证。结果:乙醚、乙酸乙酯、甲醇、甲苯均能得到有效分离,精密度良好,峰面积和质量浓度均呈很好的线性关系,分别考察样品加标50%、100%、150%3个浓度的准确度,平均回收率均能在94.8%~105.6%。结论:该方法准确,灵敏度高,克服了《中国药典》方法的缺陷,可用于盐酸艾司洛尔残留溶剂检测。

高停泵特征储层压裂施工参数优化设计方法——以海拉尔油田为例

海拉尔油田深部储层大规模压裂施工停泵压力梯度高,加砂困难,压裂效益低。为了明确高停泵储层裂缝起裂和扩展特征,优化高停泵储层压裂施工参数,利用FracproPT软件模拟海拉尔油田高停泵储层的裂缝扩展,分析了裂缝起裂和扩展的特征,以及高停泵储层渗透率、储层与隔层应力差、杨氏模量和泊松比对施工参数的影响,并对排量、液量、平均砂比和前置液百分数四个施工参数进行了关联性模拟研究。结果表明,高停泵储层压裂裂缝高度易失去控制,裂缝长度和铺砂浓度小,施工成功率低。针对高停泵储层压裂施工特征,最终形成了控制压力,限制缝高的高停泵储层压裂优化设计方法。通过开展实例井应用,证实了该方法的适用性,可为高停泵储层的压裂优化设计和高效开发提供借鉴。

个人信息保护公益诉讼制度建构路径优化——基于实体法与程序法交互方法

个人信息保护公益诉讼兼具实体法与程序法双重属性,基于实体法或程序法单一维度的制度建构将会陷入“一元观”困境。实体法与程序法交互为个人信息保护公益诉讼程序建构提供一种实体法关照。通过优化最具交互特征的三个支点:受案范围、责任形式和证明责任,不仅能够促进个人信息保护公益诉讼制度建构的二元论,也有利于推动实体法与程序法的一体化衔接,实现司法程序正义与实质正义。其一,从实体法维度,将“不特定多数人”公共利益说作为基础,增加“规模性”与“无差别性”的标准,解决受案范围“众多个人权益”的程序判断难题。其二,从程序法维度,通过诉讼信托的方式,允许原告受让惩罚性赔偿请求权,解决惩罚性赔偿这一责任形式缺乏实体适用空间难题。其三,从交互维度,一方面承认法官裁量分配证明责任,解决“规范说”在新型复杂案件的实体失范难题;另一方面设定证明责任减轻的请求权基础,解决裁判失度的程序适用难题。

FTA卡保存对虾传染性皮下和造血组织坏死病毒DNA洗脱方法的优化

传染性皮下和造血组织坏死病毒(infectious hypodermal and haematopoietic necrosis virus,IHHNV)是危害虾类健康养殖的重要病原,为寻找一种快捷保存及分离IHHNV DNA的方法,为后续研究提供完整的核酸材料,选用FTA(flinders technology associates)卡为保存介质,以FTA纯化试剂、TE(Tris-EDTA)缓冲液及去离子水为基础洗脱液,设计7种FTA卡黏附DNA洗脱方法,通过荧光定量PCR检测方法检验不同核酸洗脱分离效果及最低的点膜核酸量。结果显示,于4 mm2的FTA卡上,点样体积为2.5μL,用洗脱液作为模板时,最低点膜核酸浓度需要1.47×104copies/μL以上,可获得最佳的检测灵敏度和100%检出率的洗膜方法为50μL TE缓冲液于95℃下浸洗5 min;用膜片做模板,点膜核酸浓度需要1.82×103copies/μL以上,室温(20~25℃)条件下,用FTA纯化试剂洗脱3次,再用TE缓冲液洗脱2次,洗脱时间均为5 min,可获得最佳的检测灵敏度和100%的准确度。以FTA卡保存对虾白斑综合征病毒(white spot syndrome virus,WSSV)、虾肝肠胞虫(Enterocytozoon hepatopenaei,EHP)、虾十足目虹彩病毒1(Decapod iridescent virus 1,DIV1)、偷死野田村病毒(covert mortality noda virus,CMNV)、致急性肝胰腺坏死副溶血弧菌(Vibrio parahaemolyticus,VpAHPND)核酸,测试所建洗脱方法的效果,证实了该方法对其他虾类病原核酸的洗脱具有通用性。该研究给出了FTA卡保存和洗脱IHHNV DNA的适用性方案,为野外对虾样品采集、病毒核酸样品跨区域传递的保存和运输条件提供了科学数据。

基于六西格玛方法的A集输站外输流程优化

随着油田行业在环保和双控问题上的关注,企业越来越重视优化生产流程和提高产品质量。本文针对A集输站原油外输过程中存在的调参操作时间长、蒸汽成本高等问题,基于六西格玛方法对工艺流程进行了优化改进。通过DMAIC五个阶段,成功将人工调参时间从10分钟缩短至10秒钟,同时将蒸汽用量从每天36吨降低至23吨。这些改进显著降低蒸汽成本,有效优化站内原油外输流程。因此,本研究对提高A集输站的生产效率和成本控制具有重要意义。

基于量子遗传算法的通信网络资源分配优化方法

常规的通信网络资源分配优化方法以吞吐量优化为主,并未考虑到通信网络的环境需求,降低了网络资源分配的合理性。因此,文章设计了基于量子遗传算法的通信网络资源分配优化方法。该方法将通信需求、通信设备带宽限制、通信网络类型考虑在内,基于量子遗传算法构建通信网络资源分配优化模型,对网络资源分配优化目标进行量子编码,评估网络资源分配的适应度,从而得到网络资源分配优化的最优解。通过调整通信网络资源分配调度因子,根据网络负载、通信行为等实时变化情况,引入动态调整机制,以适应不同情况下的资源分配需求。经对比实验,验证了该方法的有效性,与传统方法相比优化性能更佳。

玉米机械化收获减损因素及优化方法分析

玉米是我国重要粮食作物,随着其生产模式向全程机械化转型,机械化收获已成为玉米收获的主要形式,在我国农业发达地区,机械化收获率已超过90%。机械化收获提高了生产效率,节省了生产成本,但不可避免也造成一定的产量损失。本文通过对玉米机械化收获过程中造成粮食产量损失的主要因素进行分析,进一步优化机械收获效率和质量,从而提升玉米生产的经济效益。

某型叉车安全操控系统优化设计方法

当前,叉车的应用场景十分广泛,这对于叉车的安全性、舒适性、智能程度等提出了越来越高的要求。由于驾驶人员安全意识不强、驾驶操作不合理、驾驶途中不能按要求系上安全带、行驶过程中离开座椅等情况均可引发安全事故,且目前缺少可靠的警示和控制手段,因此需要加强对安全操控系统的关注和研发。